JP4453034B2 - 転送パルス発生回路及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は転送パルス発生回路及び撮像装置に関する。詳しくは、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型固体撮像素子の垂直レジスタの駆動に用いる垂直レジスタ転送パルスを発生する転送パルス発生回路及びこうした回路を有するＣＣＤ型固体撮像素子を具備した撮像装置に係るものである。

ＣＣＤ型固体撮像素子を具備した撮像装置では、ＣＣＤ型固体撮像素子の受光部に設けた各受光素子で蓄積した電荷をそれぞれ垂直レジスタに転送し、この垂直レジスタに転送した電荷を水平レジスタに転送し、この水平レジスタに転送した電荷を出力回路に転送して出力している。この出力が画像情報となる。
また、ディスプレイ、ＴＶ等の映像デバイスの１画面を構成する期間を１フレームといい、例えばインターレース方式だと２フィールドで１フレームを構成する。
これら１フィールドまたは１フレームの画像情報が繰り返し出力され、静止画または動画として映像デバイスで画像を見ることが出来る。

ここで、水平レジスタで電荷を転送する場合には、垂直レジスタの動作を停止させた状態で水平レジスタを駆動させることにより、１水平ライン分の電荷情報の取り出しを行なっている（例えば、特許文献１の図３参照。）。
水平ラインの本数分この１水平ライン分の電荷情報の取り出しを行うと、基本的に１フレームの画素情報が転送される。

具体的には、図５で示すタイミングチャートの様に、有効画素期間（図中符合ａで示す期間）に図中符号Ｖφ（Ｖφ１〜Ｖφ６）で示す垂直レジスタ転送パルスのスイッチングノイズが影響を及ぼさない様に、図中符合Ｈｃｋで示す水平レジスタ転送パルスが一定レベル（図５で示すタイミングチャートではハイレベル）を保持している水平ブランキング期間（図中符合ｂで示す期間）に垂直レジスタ転送を行なっている。
即ち、垂直レジスタ転送パルスが立ち下がるタイミング（図中符合Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０、Ｔ１２で示すタイミング）や垂直レジスタ転送パルスが立ち上がるタイミング（図中符合Ｔ１、Ｔ３、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１で示すタイミング）で、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるのであるが、こうした電位変動が出力回路からの出力に及ぼす影響を防止すべく水平ブランキング期間に垂直レジスタ転送を行なっているのである。なお、図６は垂直レジスタ転送パルスＶφとＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位との関係を示したグラフであるが、このグラフから、垂直レジスタ転送パルスを４０Ｖ／μｓのパルススルーレートで立ち下げた際には、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位が約１６ｍＶ変動していることが分かる。

また、図７は従来の転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図であり、ここで示すタイミングジェネレータ１０１は、水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準としてカウントを開始する水平方向カウンタ１０２と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミングから図５中符合Ｔ１で示すタイミングまでの水平方向カウンタのカウント値（Ｔａ値）が記憶されたＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴと、水平方向カウンタのカウント値とＴａ値とを比較して水平方向カウンタのカウント値がＴａ値となった際に基準信号を出力するコンパレータ１０３と、コンパレータから出力された基準信号をトリガとしてＶφパルスを発生するＶφジェネレータ１０４とを備える。
更に、ＶφジェネレータにはＴカウンタ１０５が設けられており、Ｔ１で示すタイミングがコンパレータから出力される基準信号により特定されると、Ｔ２〜Ｔ１２で示すタイミングについてはＴカウンタでカウントを行なうことによって特定することができる様に構成されている。即ち、Ｖφジェネレータに対してＴ１で示すタイミングのみを基準信号により指示することで、Ｔ２〜Ｔ１２で示すタイミングについてはＶφジェネレータの外部から指示しなくてもＶφパルスを発生することができる様にＶφジェネレータにはＴカウンタが設けられている。

上記の様に構成されたタイミングジェネレータでは、外部からの入力信号である水平同期信号ＨＤ立ち下がりを基準として水平方向カウンタがカウントを開始し、水平方向カウンタのカウント値がＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴに記憶されたＴａ値（例えば１００カウント）となると、コンパレータが基準信号を出力する。コンパレータから出力された基準信号をトリガとしてＶφジェネレータがＶφ１〜Ｖφ６の各パルスを生成することで、図５で示す１水平ライン分の垂直レジスタ転送パルスを得ることができるのである。尚、この垂直転送と対応する１水平転送を含めて（期間ａ＋期間ｂ）垂直転送期間といわれる。
同じ垂直転送期間は、水平画素に対応する回数繰り返し転送されると基本的に１フレームの画素情報が転送されることになる（近年は画素間引き等の多様な転送モードがあるが、それらは含めない）。

ところで、近年、高画質化の市場ニーズによりＣＣＤ型固体撮像素子は高画素化が進んでいる。また、同時に短時間でより多くの画像を取得するニーズも高まっており、高画素のＣＣＤ型固体撮像素子で従来と同程度のフレームレートの実現が求められている。

ここで、高画素のＣＣＤ型固体撮像素子で従来と同程度のフレームレートを実現する方法としては、（１）ＣＣＤ型固体撮像素子を駆動する駆動周波数を上げる方法や、（２）有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なう方法が考えられる。

特開２０００−１３８９４３号公報

しかしながら、ＣＣＤ型固体撮像素子を駆動する駆動周波数を上げることによって従来と同程度のフレームレートを実現しようとすると、駆動周波数を上げることに起因する発熱量の増大、消費電力の増加、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の高価格化や周辺部品の増加等につながってしまうために、ＣＣＤ型固体撮像素子を駆動する駆動周波数を上げることで従来と同程度のフレームレートを実現するという方法は妥当であるとは言い難い。更に、近年のフレームレートの向上の要求に対して、駆動周波数を上げるという対策のみでは限界に達しつつある。

一方、有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なうことによって従来と同程度のフレームレートを実現しようとすると、上記した様に、垂直レジスタ転送パルスのスイッチングノイズの影響を受けてしまい、即ち、各垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び各垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングでＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じてしまい、出力回路からの出力に影響し、固定パターンノイズ（ＦＰＮ：Ｆｉｘｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｎｏｉｓｅ）が発生する原因となってしまう。

具体的には、図８で示すタイミングチャートの様に、有効画素期間（図中符合ａで示す期間）に垂直レジスタ転送を行なうと、符号Ｖφ６で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミングであるＴ１、符合Ｖφ２で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングであるＴ２、符号Ｖφ１で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミングであるＴ３、符合Ｖφ３で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングであるＴ４、符号Ｖφ２で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミングであるＴ５、符合Ｖφ４で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングであるＴ６、符号Ｖφ３で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミングであるＴ７、符合Ｖφ５で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングであるＴ８、符号Ｖφ４で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミングであるＴ９、符合Ｖφ６で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングであるＴ１０、符号Ｖφ５で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミングであるＴ１１及び符合Ｖφ１で示す垂直レジスタ転送パルスの立ち下がりタイミングであるＴ１２でＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じ、こうした電位変動に起因して各変化時間Ｔ１〜Ｔ１２でＦＰＮが発生してしまう。
そして、各水平ラインの各変化時間Ｔ１〜Ｔ１２で生じたＦＰＮが縦方向に連結し、図９（ａ）で示す様な縦方向の線状の画像ノイズとして表れることとなる。ここで、参考図面１は図７で示すタイミングチャートに基づいてＣＣＤ型固体撮像素子を駆動して実際に画像を取得したものであるが、参考図面１からも図９（ａ）と同様に、各変化時間Ｔ１〜Ｔ１２で生じたＦＰＮに起因して縦方向の線状の画像ノイズが表れていることが分かる。
また、同様のメカニズムでフレーム間、フィールド間での画面上での１点のノイズに注目して考えると、上記フレーム間あるいはフィールド間で常に画像ノイズが同一箇所に発生するため、画面上常にある点はノイズ（暗い、または明るい）となる。これは縦方向の線状の画像ノイズの発生とは無関係に画面上に停留する点状ノイズとなる。
この２つは独立した現象であるが、発生メカニズムがＦＰＮとその連続性（線状ノイズは垂直転送期間での連続性、点状ノイズはフレームまたはフィールド間での連続性）と同じなため、同時に発生すると線上のノイズは常に画面上にみえることとなる。

なお、図８で示す垂直レジスタ転送パルスについても図５で示す垂直レジスタ転送パルスと同様の方法で生成することができる。即ち、図７で示すタイミングジェネレータを用いることで図８に示す垂直レジスタ転送パルスを生成することができる。

本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なったとしても、ディスプレイ、ＴＶ、モニタ等の映像デバイス画面上で画像ノイズを視認し難く、結果的に画像劣化を抑制することができる転送パルス発生回路及びこうした転送パルス発生回路を有する撮像装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明に係る転送パルス発生回路は、垂直レジスタ転送パルスを出力する転送パルス発生回路において、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングを所定期間内の任意のタイミングに制御する転送パルス制御手段を備える。

ここで、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングを所定期間内の任意のタイミングに制御する転送パルス制御手段によって、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングを水平ライン毎に異ならせることができ、水平ライン毎にスイッチングノイズのタイミングを異ならせることができるために、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるタイミングを水平ライン毎に異ならせることができる。そして、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるタイミングを水平ライン毎に異ならせることによって、縦方向の線状の画像ノイズを視認し難くすることができる。同じく、点状ノイズも垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングをフィールド、または／及びフレーム毎に異ならせることによって、画面上に点状の画像ノイズを視認し難くすることができる。
即ち、縦方向の線状の画像ノイズが視認できるのは、スイッチングノイズが発生するタイミングが全ての水平ラインで同じであり、ＦＰＮが縦方向に連結するためである。従って、スイッチングノイズが発生するタイミングを水平ライン毎または、フィールドまたは／及びフレーム毎に異ならせて、ＦＰＮの縦方向の連結及び画面上の同一地点での停留を低減することで、縦方向の線状、点状の画像ノイズを視認し難くすることができるのである。
なお、ここでの「所定期間」とは、垂直レジスタ転送に悪影響を与えない期間という意味である。即ち、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングを変化させたとしても垂直レジスタ転送に悪影響を与えない期間の意味である。

また、本発明に係る転送パルス発生回路は、垂直レジスタ転送パルスを生成するための基準信号を出力する基準信号出力手段と、前記基準信号をトリガとして垂直レジスタ転送パルスを生成する転送パルス生成手段とを備える転送パルス発生回路において、前記基準信号出力手段が所定期間内の任意のタイミングで基準信号を出力する。

ここで、基準信号出力手段が所定期間内の任意のタイミングで基準信号を出力し、所定期間内の任意のタイミングで出力された基準信号をトリガとして転送パルス生成手段により垂直レジスタ転送パルスが生成されるために、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングを水平ライン毎に異ならせることができ、水平ライン毎にスイッチングノイズのタイミングを異ならせることができるために、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるタイミングを水平ライン毎に異ならせることができる。そして、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるタイミングを水平ライン毎に異ならせることによって、縦方向の線状の画像ノイズを視認し難くすることができる。同じく、点状ノイズも垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングをフィールド、または／及びフレーム毎に異ならせることによって、画面上に点状の画像ノイズを視認し難くすることができる。
なお、ここでの「所定期間」とは、垂直レジスタ転送に悪影響を与えない期間の垂直レジスタ転送パルスを生成することができる期間という意味である。即ち、基準信号出力手段から基準信号を出力するタイミングを変化させたとしても垂直レジスタ転送に悪影響を与えない垂直レジスタ転送パルスを生成することができる期間の意味である。

また、上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、基準となるクロックを計数する第１のカウンタと、該第１のカウンタのカウント値と第１の所定値とを比較して信号を出力する第１の比較器と、前記信号をトリガとしてクロックを計数する第２のカウンタと、該第２のカウンタのカウント値と第２の所定値とを比較して基準信号を出力する第２の比較器とを備える基準信号出力手段と、前記基準信号をトリガとして垂直レジスタ転送パルスを生成する転送パルス生成手段とを備える転送パルス発生回路を有する撮像装置であって、前記第２の所定値が所定期間内の任意の値を出力するランダム発生回路の出力値である。

ここで、第２の所定値を所定期間内の任意の値を出力するランダム発生回路の出力値とすることによって、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを水平ライン毎に異ならせることができ、水平ライン毎にスイッチングノイズのタイミングを異ならせることができるために、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるタイミングを水平ライン毎に異ならせることができる。そして、ＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位変動が生じるタイミングを水平ライン毎に異ならせることによって、縦方向の線状の画像ノイズを視認し難くすることができる。
なお、ここでの「所定期間」とは、垂直レジスタ転送に悪影響を与えない期間の垂直レジスタ転送パルスを生成することができる期間という意味である。即ち、第２の比較器によって第２のカウンタのカウント値と比較される第２の所定値を変化させたとしても、第２の比較器から出力される基準信号をトリガとして垂直レジスタ転送に悪影響を与えない垂直レジスタ転送パルスを生成することができる期間の意味である。

上記した本発明の転送パルス発生回路及び撮像装置では、有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なったとしても、画像ノイズを視認し難くすることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明し、本発明の理解に供する。
なお、以下で示す実施例では、基本的なタイミングは図５や図８で示すタイミングチャートと同様であるＶφ１〜Ｖφ６パルスを生成する場合を例に挙げ、Ｖφ６パルスが立ち上がるタイミングをＴ１、Ｖφ２パルスが立ち下がるタイミングをＴ２、Ｖφ１パルスが立ち上がるタイミングをＴ３、Ｖφ３パルスが立ち下がるタイミングをＴ４、Ｖφ２パルスが立ち上がるタイミングをＴ５、Ｖφ４パルスが立ち下がるタイミングをＴ６、Ｖφ３パルスが立ち上がるタイミングをＴ７、Ｖφ５パルスが立ち下がるタイミングをＴ８、Ｖφ４パルスが立ち上がるタイミングをＴ９、Ｖφ６パルスが立ち下がるタイミングをＴ１０、Ｖφ５パルスが立ち上がるタイミングをＴ１１、Ｖφ１パルスが立ち下がるタイミングをＴ１２として説明を行う。

図１は本発明を適用した転送パルス発生回路の一例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図であり、ここで示すタイミングジェネレータ１は、水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準としてカウントを開始する水平方向カウンタ２と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミングからＴ１までの水平方向のカウント値（Ｔａ値）が記憶されたＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＥＴと、水平方向カウンタのカウント値とＴａ値とを比較して水平方向カウンタのカウント値がＴａ値となった際に第１の出力信号を出力する第１のコンパレータ３と、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号を基準としてカウントを開始するＲＤカウンタ４と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりをトリガとして所定の期間内の任意の値であるＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値を決定するランダム発生回路５と、ＲＤカウンタのカウント値とＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値とを比較してＲＤカウンタのカウント値がＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となった際に第２の出力信号を出力する第２のコンパレータ６と、第２のコンパレータから出力された第２の出力信号をトリガとしてＶφパルスを生成するＶφジェネレータ７とを備える。

ここで、水平方向カウンタ、ＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴ、第１のコンパレータ、ＲＤカウンタ、ランダム発生回路及び第２のコンパレータの全体が転送パルス制御手段の一例である。また、水平カウンタ、ＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴ、第１のコンパレータ、ＲＤカウンタ、ランダム発生回路及び第２のコンパレータの全体が基準信号出力手段の一例でもあり、Ｖφジェネレータが転送パルス生成手段の一例でもある。更に、水平方向カウンタは第１のカウンタの一例でもあり、第１のコンパレータは第１の比較器の一例でもあり、ＲＤカウンタは第２のカウンタの一例でもあり、第２のコンパレータは第２の比較器の一例でもある。

更に、上記した従来のタイミングジェネレータと同様に、ＶφジェネレータにはＴカウンタ８が設けられており、Ｔ１のタイミングが第２のコンパレータから出力される第２の出力信号により特定されると、Ｔ２〜Ｔ１２のタイミングについてはＴカウンタでカウントを行なうことによって特定することができる様に構成されている。即ち、Ｖφジェネレータに対してＴ１のタイミングのみを第２の出力信号により指示することで、Ｔ２〜Ｔ１２のタイミングについてはＶφジェネレータの外部から指示しなくてもＶφパルスを発生することができる様にＶφジェネレータにはＴカウンタが設けられている。

図２は上記したランダム発生回路の一例であるＬＦＳＲ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）回路を示している。ここで示すＬＦＳＲ回路は、ＥｘＯＲで帰還をかけたシフトレジスタによって構成されるカウンタであり、フリップフロップの個数をｎとすることで、（２ｎ−１）まで計数することができ、擬似乱数を生成することが可能である。例えば、７ビットの乱数出力の場合には、０〜１２７の全１２８ステップの乱数を発生することができる。
また、ＬＦＳＲ回路は電源投入時の初期値と設定することにより擬似乱数の分散度を変更することができるために、ＣＣＤ型固体撮像素子のタイプ（画素サイズ等）毎にこの分散度を変更することができる。
なお、本実施例では、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミング毎にＬＦＳＲ回路の乱数出力値が更新される様に構成されている。

図１で示す様に構成されたタイミングジェネレータでは、外部からの入力信号である水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準として水平方向カウンタがカウントを開始し、水平方向カウンタのカウント値がＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴに記憶されたＴａ値（例えば１００カウント）となると第１のコンパレータが第１の出力信号を出力する。第１のコンパレータから出力された第１の出力信号を基準としてＲＤカウンタがカウントを開始し、ＲＤカウンタのカウント値がランダム発生回路により決定されたＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となると第２のコンパレータが第２の出力信号を出力する。第２のコンパレータから出力された第２の出力信号をトリガとしてＶφジェネレータがＶφ１〜Ｖφ６の各パルスを生成することで１水平ライン分の垂直レジスタ転送パルスを得ることができるのである。なお、参考図面
３は図１で示すタイミングジェネレータで生成した実際の垂直レジスタ転送パルスを表している。

上記した本発明を適用した転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータによって生成される垂直レジスタ転送パルスは、水平ライン毎にＴ１〜Ｔ１２のタイミングが異なるために、各水平ラインの各変化時間Ｔ１〜Ｔ１２で生じたＦＰＮが縦方向に連結することが無く、図３（ａ）で示す様にランダムパターンノイズは発生するものの縦方向の線状の画像ノイズは生じ難い。なお、参考図面２は図１に示すタイミングジェネレータで生成されたＶφパルスに基づいてＣＣＤ型固体撮像素子を駆動して実際に画面を取得したものであるが、参考図面２からも縦方向の線状の画像ノイズが表れ難いことが分かる。
同様のメカニズムで、垂直レジスタ転送パルスの立ち上がりタイミング及び立ち下りタイミングがフィールド、または／及びフレーム毎でランダムであるために、画面上に停留する点状の画像ノイズも現れにくい。望ましくはフレームまたはフィールド間での各垂直転送期間の立ち上がり点でのＲＤカウンタのカウント値を比較する回路を設け厳密にフィールド、または／及びフレームで同じ値とならないようにする。発明者の検証では、ランダム発生回路を用いることによって同一の数値が選ばれることは確率的に低く、実用上は画像ノイズは目立たない場合が多いことが判明している。

即ち、従来の転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータによって生成されるＶφパルスは、全ての水平ラインにおけるＴ１のタイミングが、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミングからＴａ値だけ経過したタイミングであり、全ての水平ラインでスイッチングノイズが発生するタイミングが同じであるのに対して（図９（ｂ）参照。）、本発明を適用した転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータによって生成されるＶφパルスは、水平ラインにおけるＴ１のタイミングが、水平同期信号ＨＤの立ち上がりタイミングからＴａ値だけ経過し、更にＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値だけ経過したタイミングであり、ＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値は水平ライン毎にランダムな値であるために、水平ライン毎にスイッチングノイズが発生するタイミングが異なるために（図３（ｂ）参照。）、各水平ラインの各変化時間Ｔ１〜Ｔ１２のタイミングで生じたＦＰＮが縦方向に連結することが無く、縦方向の線状の画像ノイズ、フィールドまたは／及びフレーム毎に画面上に停留する点状ノイズが生じ難いのである。

上記した様に、本発明を適用した転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータで生成される垂直レジスタ転送パルスを用いて有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なったとしても、画像ノイズが生じ難いために、画の品質を低下させることなく有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なうことができ、高画素のＣＣＤ型固体撮像素子で従来と同程度のフレームレートを実現することができる。

図４は本発明を適用した転送パルス発生回路の他の一例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図であり、ここで示すタイミングジェネレータ１は、水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準としてカウントを開始する水平方向カウンタ２と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミングからＴ１までの水平方向のカウント値（Ｔａ値）が記憶されたＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴと、水平方向カウンタのカウント値とＴａ値とを比較して水平方向カウンタのカウント値がＴａ値となった際に第１の出力信号を出力する第１のコンパレータ３と、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号とランダムイネーブル信号（ランダムＥＮ信号）の２つを入力信号とし、第２の出力信号を出力するＡＮＤゲート１０と、ＡＮＤゲートから出力された第２の出力信号を基準としてカウントを開始するＲＤカウンタ４と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりをトリガとして所定の期間内の任意の値であるＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値を決定するランダム発生回路５と、ＲＤカウンタのカウント値とＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値とを比較してＲＤカウンタのカウント値がＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となった際に第３の出力信号を出力する第２のコンパレータ６と、第２のコンパレータから出力された第３の出力信号と第１のコンパレータから出力された第１の出力信号の２つを入力信号とし、ランダムＥＮ信号の切替に応じて第１の出力信号若しくは第３の出力信号を出力するセレクター１１と、セレクターから出力された第１の出力信号若しくは第３の出力信号をトリガとしてＶφパルスを生成するＶφジェネレータ７とを備える。なお、図１で示すタイミングジェネレータと同様に、ＶφジェネレータにはＴカウンタが設けられている。

以下、図４で示す様に構成されたタイミングジェネレータの動作について、ランダムＥＮ信号がＯＮの場合とＯＦＦの場合に分けて説明を行う。

［ランダムＥＮ信号がＯＮの場合］
図４で示す様に構成されたタイミングジェネレータでは、外部からの入力信号である水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準として水平方向カウンタがカウントを開始し、水平方向カウンタのカウント値がＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴに記憶されたＴａ値となると第１のコンパレータが第１の出力信号を出力する。
ここで、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号及びランダムＥＮ信号がＡＮＤゲートに入力されているのであるが、ランダムＥＮ信号がＯＮの状態では、ＡＮＤゲートから第２の出力信号が出力され、第２の出力信号を基準としてＲＤカウンタがカウントを開始し、ＲＤカウンタのカウント値がランダム発生回路により決定されたＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となると第２のコンパレータが第３の出力信号を出力する。
また、セレクターには第２のコンパレータから出力された第３の出力信号と第１のコンパレータから出力された第１の出力信号が入力されており、ランダムＥＮ信号がＯＮの状態では、セレクターから第３の出力信号が出力される。そして、第３の出力信号をトリガとしてＶφジェネレータがＶφ１〜Ｖφ６パルスを生成することで１水平ライン分の垂直レジスタ転送パルスを得ることができるのである。
なお、ランダムＥＮ信号がＯＮの場合には、上記した図１で示すタイミングジェネレータと同様の垂直レジスタ転送パルスを生成することができる。

［ランダムＥＮ信号がＯＦＦの場合］
図４で示す様に構成されたタイミングジェネレータでは、外部からの入力信号である水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準として水平方向カウンタがカウントを開始し、水平方向カウンタのカウント値がＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴに記憶されたＴａ値となると第１のコンパレータが第１の出力信号を出力する。
ここで、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号及びランダムＥＮ信号がＡＮＤゲートに入力されているのであるが、ランダムＥＮ信号がＯＦＦの状態では、ＡＮＤゲートから第２の出力信号は出力されない。
また、セレクターには第１のコンパレータから出力された第１の出力信号が入力されており、ランダムＥＮ信号がＯＦＦの状態では、セレクターから第１の出力信号が出力される。そして、第１の出力信号をトリガとしてＶφジェネレータがＶφ１〜Ｖφ６パルスを生成することで１水平ライン分の垂直レジスタ転送パルスを得ることができるのである。
なお、ランダムＥＮ信号がＯＦＦの場合には、上記した図７で示す従来のタイミングジェネレータと同様の垂直レジスタ転送パルスを得ることができる。

上記した本発明を適用した転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータでは、ランダムＥＮ信号のＯＮとＯＦＦとを切替えることによって、全ての水平ラインでスイッチングノイズが発生するタイミングが同じである垂直レジスタ転送パルスと、水平ライン毎にスイッチングノイズが発生するタイミングが異なる垂直レジスタ転送パルスの両方を生成することが可能である。
従って、有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なう必要がある場合にはランダムＥＮ信号をＯＮの状態として水平ライン毎にスイッチングノイズが発生するタイミングが異なる垂直レジスタ転送パルスを生成し、有効画素期間内に垂直レジスタ転送を行なう必要が無い場合にはランダムＥＮ信号をＯＦＦの状態として全ての水平ラインでスイッチングノイズが発生するタイミングが同じである垂直レジスタ転送パルスを生成することで、ＣＣＤ型固体撮像素子の垂直レジスタ転送に応じた垂直レジスタ転送パルスを生成することができる。

なお、本実施例では、Ｔ１のタイミングを水平ライン毎に異ならせているものの、Ｔ１のタイミングからＴ２〜Ｔ１２の各タイミングまでは一定である。即ち、Ｔ１のタイミングを基準とすると全ての水平ラインにおいてＴ２〜Ｔ１２のタイミングは同一であるが、基準となるＴ１のタイミングが異ならせることで、水平ライン毎にＴ１〜Ｔ１２のタイミングを異ならせているのである。
しかし、水平ライン毎にＴ１〜Ｔ１２のタイミングを異ならせることができれば充分であって、必ずしもＴ１のタイミングからＴ２〜Ｔ１２の各タイミングまでを一定とする必要は無い。

また、本実施例では、ＶφジェネレータでＶφパルスを生成するためのトリガとなる信号（図１で示すタイミングジェネレータの場合には第２の出力信号、図４で示すタイミングジェネレータの場合には第３の出力信号）を水平ライン毎に異ならせることで、水平ライン毎にスイッチングノイズが発生するタイミングを異ならせているが、タイミングジェネレータによって生成されるＶφパルスが水平ライン毎に異なるタイミングでスイッチングノイズが発生すれば充分であり、例えば、Ｖφジェネレータにより生成したＶφパルスが遅延回路を介してタイミングジェネレータから出力される構成として、水平ライン毎に遅延回路による遅延量を異ならせることによって水平ライン毎に異なるタイミングでスイッチングノイズを発生させても良い。

ところで、水平ライン毎に異ならせているＴ１〜Ｔ１２のタイミングの幅（図８中符合Ｘで示す期間であり、以下「ランダム幅」と称する。）をＣＣＤ型固体撮像素子のタイプやＣＣＤ型固体撮像素子の撮像モードに関わらずに固定値としてしまった場合には、ＣＣＤ型固体撮像素子のタイプやＣＣＤ型固体撮像素子の撮像モードによって有効画素期間が異なることを考慮すると、有効画素期間内でスイッチングノイズが発生し得る領域（図８中符合Ａで示す領域）と有効画素期間内でスイッチングノイズが発生し得ない領域（図中符合Ｂで示す領域）とに分けられることとなり、１画面内で色ムラが生じる一因となる。同様に、任意のＶφパルスの立ち上がり若しくは立ち下がりに着目した場合には、Ｖφパルスのオーバーラップ期間（図８中符合Ｔｂで示す期間であり、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜Ｔ４、Ｔ４〜Ｔ５、Ｔ５〜Ｔ６、Ｔ６〜Ｔ７、Ｔ７〜Ｔ８、Ｔ８〜Ｔ９、Ｔ９〜Ｔ１０、Ｔ１０〜Ｔ１１、Ｔ１１〜Ｔ１２の各期間）内でスイッチングノイズが発生し得る領域（例えば、Ｖφ１の立ち上がりタイミングに着目した場合には図８中符合Ｃで示す領域）とＶφパルスのオーバーラップ期間内でスイッチングノイズが発生し得ない領域（例えば、Ｖφ１の立ち上がりタイミングに着目した場合には図８中符合Ｄで示す領域）とに分けられることとなり、Ｖφパルスのオーバーラップ期間内で色ムラが生じる一因となる。

また、固定されたランダム幅である場合には、ＣＣＤ型固体撮像素子のタイプやＣＣＤ型固体撮像素子の撮像モードとの関係において、先発の水平転送期間を超えて次発の水平転送期間にまでＶφパルスがずれ込むことも考えられ、その場合には垂直レジスタ転送そのものが成立しなくなってしまう。

従って、１画面内及びＶφパルスのオーバーラップ期間内で平均的にスイッチングノイズが生じると共に、正常な垂直レジスタ転送ができる様にランダム幅を決定することが求められ、そのためにもランダム幅を固定値とするのではなく、可変的に設定可能に構成した方が好ましい場合がある。
以下、ランダム幅を可変的に設定可能に構成されたタイミングジェネレータについて説明を行なう。

図１０は本発明を適用した転送パルス発生回路の更に他の一例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図であり、ここで示すタイミングジェネレータ１は、水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準としてカウントを開始する水平方向カウンタ２と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミングからＴ１までの水平方向カウンタのカウント値（Ｔａ値）が記憶されたＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴと、水平方向カウンタのカウント値とＴａ値とを比較して水平方向カウンタのカウント値がＴａ値となった際に第１の出力信号を出力する第１のコンパレータ３と、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号とランダムイネーブル信号（ランダムＥＮ信号）の２つを入力信号とし、第２の出力信号を出力するＡＮＤゲート１０と、ＡＮＤゲートから出力された第２の出力信号を基準としてカウントを開始するＲＤカウンタ４と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりをトリガとして所定の期間内の任意の値であるＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値を決定するランダム発生回路（第１のランダム発生回路本体５ａ（２５６進ランダム発生回路）、第２のランダム発生回路本体５ｂ（１２８進ランダム発生回路）、第３のランダム発生回路本体５ｃ（６４進ランダム発生回路）、第４のランダム発生回路本体５ｄ（３２進ランダム発生回路）及び第１〜第４のランダム発生回路本体を外部から入力されるランダム発生回路選択信号（ランダムセレクト）に基づいて択一的に選択するランダム発生回路本体セレクター５ｅ）と、ＲＤカウンタのカウント値とＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値とを比較してＲＤカウンタのカウント値がＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となった際に第３の出力信号を出力する第２のコンパレータ６と、第２のコンパレータから出力された第３の出力信号と第１のコンパレータから出力された第１の出力信号の２つを入力信号とし、ランダムＥＮ信号の切替に応じて第１の出力信号若しくは第３の出力信号を出力するセレクター１１と、セレクターから出力された第１の出力信号若しくは第３の出力信号をトリガとしてＶφパルスを生成するＶφジェネレータ７とを備える。なお、図１で示すタイミングジェネレータと同様に、ＶφジェネレータにはＴカウンタが設けられている。

以下、図１０で示す様に構成されたタイミングジェネレータの動作について説明を行なう。なお、ランダムＥＮ信号がＯＦＦの場合については、上記した本発明を適用した転送パルス発生回路の他の一例を備えるタイミングジェネレータの動作と同様であるために、以下ではランダムＥＮ信号がＯＮの場合についてのみ説明を行なう。

図１０で示す様に構成されたタイミングジェネレータ（ランダム信号がＯＮの場合）では、外部からの入力信号である水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準として水平方向カウンタがカウントを開始し、水平方向カウンタのカウント値がＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴに記憶されたＴａ値となると第１のコンパレータが第１の出力信号を出力する。
ここで、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号及びランダムＥＮ信号がＡＮＤゲートに入力されているのであるが、ランダムＥＮ信号がＯＮの状態では、ＡＮＤゲートから第２の出力信号が出力され、第２の出力信号を基準としてＲＤカウンタがカウントを開始し、ＲＤカウンタのカウント値がランダム発生回路により決定されたＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となると第２のコンパレータが第３の出力信号を出力する。
なお、ＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値は、ランダム発生回路本体セレクターに入力されるランダム発生回路選択信号に基づいて、第１〜第４のランダム発生回路本体のいずれの出力値を選択するかによって決定するものであり、ＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値は可変的に制御可能である。

また、セレクターには第２のコンパレータから出力された第３の出力信号と第１のコンパレータから出力された第１の出力信号が入力されており、ランダムＥＮ信号がＯＮの状態では、セレクターから第３の出力信号が出力される。そして、第３の出力信号をトリガとしてＶφジェネレータがＶφ１〜Ｖφ６パルスを生成することで１水平ライン分の垂直レジスタ転送パルスを得ることができるのである。

上記した本発明を適用した転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータでは、ランダム発生回路選択信号によってランダム幅を可変的に設定することが可能である。具体的には、３２進、６４進、１２８進及び２５６進の４つの中から選択的にランダム幅を切替えることが可能である。

ここで、ランダム幅Ｘが、Ｖφパルスの発生期間後有効画素期間の終了までの期間（図８中符合Ｔｃで示す期間）と略同一となる様に設定することが好ましい。この様に設定することによって、有効画素期間内をスイッチングノイズが発生し得る領域と発生し得ない領域とに分けることなく、有効画素期間内の全ての領域でスイッチングノイズが発生し得るために、１画面内での色ムラの発生を抑制することができる。

また、ランダム幅Ｘが、Ｖφパルスのオーバーラップ期間と略同一となる様に設定することが好ましい。この様に設定することによって、Ｖφパルスのオーバーラップ期間内をスイッチングノイズが発生し得る領域と発生し得ない領域とに分けることなく、Ｖφパルスのオーバーラップ期間内の全ての領域でスイッチングノイズが発生し得るために、Ｖφパルスのオーバーラップ期間内での色ムラの発生を抑制することができる。

また、ランダム幅をＣＣＤ型固体撮像素子のタイプやＣＣＤ型固体撮像素子の撮像モードに合わせて設定することで、垂直レジスタ転送を正常に行なうことができないという現象は当然に回避することができる。更に、ＣＣＤ型固体撮像素子の特性評価の現場において、実際の出力画像を見ながらランダム幅の調整を行ないたいというニーズがあり、こうした要求にも対応することができる。

なお、図１１は本発明を適用した転送パルス発生回路の更に他の一例の変形例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図であり、ここで示すタイミングジェネレータ１は、水平同期信号ＨＤの立ち下がりを基準としてカウントを開始する水平方向カウンタ２と、水平同期信号ＨＤの立ち下がりタイミングからＴ１までの水平方向カウンタのカウント値（Ｔａ値）が記憶されたＰＲＭ＿ＯＦＦＳＥＴと、水平方向カウンタのカウント値とＴａ値とを比較して水平方向カウンタのカウント値がＴａ値となった際に第１の出力信号を出力する第１のコンパレータ３と、第１のコンパレータから出力された第１の出力信号とランダムＥＮ信号の２つを入力信号とし、第２の出力信号を出力するＡＮＤゲート１０と、ＡＮＤゲートから出力された第２の出力信号を基準としてカウントを開始する第１のＲＤカウンタ４ａと、水平同期信号ＨＤの立ち下がりをトリガとして所定の期間内の任意の値を決定する第１のランダム発生回路１２（３２進ランダム発生回路）と、第１のＲＤカウンタのカウント値と第１のランダム発生回路の出力値とを比較して第１のＲＤカウンタのカウント値が第１のランダム発生回路の出力値となった際に第３の出力信号を出力する第２のコンパレータ６と、第２のコンパレータから出力された第３の出力信号を基準としてカウントを開始する第２のＲＤカウント４ｂと、水平同期信号ＨＤの立ち下がりをトリガとして所定の期間内の任意の値であるＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値を決定する第２のランダム発生回路１３（図示は省略するものの、第２のランダム発生回路は上記した本発明を適用した転送パルス発生回路の更に他の一例のランダム発生回路と同様に、第５のランダム発生回路本体（１進ランダム発生回路）、第６のランダム発生回路本体（２進ランダム発生回路）、第７のランダム発生回路本体（３進ランダム発生回路）、第８のランダム発生回路本体（４進ランダム発生回路）、第９のランダム発生回路本体（５進ランダム発生回路）、第１０のランダム発生回路本体（６進ランダム発生回路）、第１１のランダム発生回路本体（７進ランダム発生回路）、第１２のランダム発生回路本体（８進ランダム発生回路）及び第５〜第１２のランダム発生回路本体を外部から入力されるランダム発生回路選択信号（ランダムセレクト）に基づいて択一的に選択するランダム発生回路本体セレクターによって構成されている）と、第２のＲＤカウンタのカウント値とＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値とを比較して第２のＲＤカウンタのカウント値がＲＤ＿ＯＦＦＳＥＴ値となった際に第４の出力信号を出力する第３のコンパレータ１４と、第２のコンパレータから出力された第３の出力信号と第３のコンパレータから出力された第４の出力信号の２つを入力信号とし、第５の出力信号を出力するＡＮＤゲート１５と、ＡＮＤゲートから出力された第５の出力信号と第１のコンパレータから出力された第１の出力信号の２つを入力信号とし、ランダムＥＮ信号の切替に応じて第１の出力信号若しくは第５の出力信号を出力するセレクター１１と、セレクターから出力された第１の出力信号若しくは第５の出力信号をトリガとしてＶφパルスを生成するＶφジェネレータ７とを備える。

上記した本発明を適用した転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータでは、ランダム発生回路を２つ使用して、それらの結果を乗算することによって容易に複数のランダム幅の切替えを行なうことが可能となる。
即ち、図１０に示すタイミングジェネレータの場合には、４つ程度のランダム幅の選択であれば現実的ではあるが、ランダム幅の選択数が増大させる場合には回路規模が大きくなってしまうのに対して、本変形例では、ランダム発生回路選択信号により第２のランダム発生回路の発生進数を決定し、第２のランダム発生回路の発生進数と第１のランダム発生回路で発生した３２進とを乗算して、３２×１＝３２進、３２×２＝６４進、３２×３＝９６進、３２×４＝１２８進、３２×５＝１６０進、３２×６＝１９２進、３２×７＝２２４進、３２×８＝２５６進の８つのランダム幅を回路規模を増大させることなく切替えを行なうことが可能となる。

本発明を適用した転送パルス発生回路の一例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図である。 ランダム発生回路の一例であるＬＦＳＲ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）回路である。 ランダムパターンノイズを説明するための模式図である。 水平ライン毎にスイッチングノイズが異なることを説明するための模式図である。 本発明を適用した転送パルス発生回路の他の一例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図である。 有効画素期間に垂直レジスタ転送を行なわない駆動方法のタイミングチャートの一例である。 垂直レジスタ転送パルスＶφとＣＣＤ型固体撮像素子が形成された基板の電位との関係を示したグラフである。 従来の転送パルス発生回路を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図である。 有効画素期間に垂直転送を行なう駆動方法のタイミングチャートの一例である。 縦方向の線状の画像ノイズを説明するための模式図である。 全ての水平ラインでスイッチングノイズが発生するタイミングが同じであることを説明するための模式図である。 本発明を適用した転送パルス発生回路の更に他の一例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図である。 本発明を適用した転送パルス発生回路の更に他の一例の変形例を備えるタイミングジェネレータを説明するための模式図である。

符号の説明

１ タイミングジェネレータ
２ 水平方向カウンタ
３ 第１のコンパレータ
４ ＲＤカウンタ
５ ランダム発生回路
６ 第２のコンパレータ
７ Ｖφジェネレータ
８ Ｔカウンタ
１０ ＡＮＤゲート
１１ セレクター
１２ 第１のランダム発生回路
１３ 第２のランダム発生回路
１４ 第３のコンパレータ
１５ ＡＮＤゲート

Claims (3)

1. 基準となるクロックを計数する第１のカウンタと、
   該第１のカウンタのカウント値と所定値とを比較して信号を出力する第１の比較器と、
   前記信号をトリガとしてクロックを計数する第２のカウンタと、
   所定期間内の任意の値を出力するランダム発生回路と、
   前記第２のカウンタのカウント値と前記ランダム発生回路の出力値とを比較して垂直レジスタ転送パルスを生成するための基準信号を出力する第２の比較器と、
   前記基準信号をトリガとしてクロックを計数するカウンタを有し、前記基準信号により垂直レジスタ転送パルスの最初の立ち上がりタイミング若しくは立ち下がりタイミングを特定すると共に、前記カウンタのカウント値により垂直レジスタ転送パルスの２番目以降の立ち上がりタイミング若しくは立ち下がりタイミングを特定して垂直レジスタ転送パルスを生成する転送パルス生成手段とを備える
   転送パルス発生回路。
2. 前記ランダム発生回路は、２以上のランダム発生回路本体と、該ランダム発生回路本体を択一的に選択するセレクターとを有し、前記セレクターにより選択されたランダム発生回路本体の値を出力する
   請求項１に記載の転送パルス発生回路。
3. 基準となるクロックを計数する第１のカウンタと、該第１のカウンタのカウント値と所定値とを比較して信号を出力する第１の比較器と、前記信号をトリガとしてクロックを計数する第２のカウンタと、所定期間内の任意の値を出力するランダム発生回路と、前記第２のカウンタのカウント値と前記ランダム発生回路の出力値とを比較して垂直レジスタ転送パルスを生成するための基準信号を出力する第２の比較器と、前記基準信号をトリガとしてクロックを計数するカウンタを有し、前記基準信号により垂直レジスタ転送パルスの最初の立ち上がりタイミング若しくは立ち下がりタイミングを特定すると共に、前記カウンタのカウント値により垂直レジスタ転送パルスの２番目以降の立ち上がりタイミング若しくは立ち下がりタイミングを特定して垂直レジスタ転送パルスを生成する転送パルス生成手段を含む転送パルス発生回路を備える
   撮像装置。

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